KR101804779B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

실시 예는, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 배럴; 상기 배럴과 연결되어 상기 렌즈의 위치를 조정하는 엑추에이터; 상기 렌즈를 투과한 광을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서가 배치되는 회로기판; 상기 렌즈의 초기 위치 정보가 저장된 메모리; 및 상기 엑추에이터에 출력 신호를 인가하는 드라이버를 포함하고, 상기 엑추에이터는 카메라 모듈 구동시 상기 초기 위치 정보를 이용하여 상기 렌즈를 이동시키고 초점을 조정하는 카메라 모듈을 개시한다.

Description

카메라 모듈{camera module}

실시 예는 자동 초점(auto focus) 조절기능을 가진 카메라 모듈에 관한 것이다.

카메라 모듈은 휴대용 전화기, 노트북 컴퓨터, PDA(personal digital assistants) 등 다양한 카메라 기능을 가진 제품에 장착된다.

자동 초점(auto focus) 조절기능을 갖춘 카메라 모듈은 통상 렌즈부를 보호하는 배럴이 코일이 감겨진 보빈(bobbin)과 나사로 체결되고 보빈은 바닥면이 인쇄회로기판 상에 밀착하여 접촉된 홀더와 모터 베이스를 사이에 두고 접촉되어 지지되는 구조이다.

이러한 방법의 카메라 모듈은 다수의 부품들을 조립할 때 도포되는 접착제의 불균일함, 부품간의 조립공차 등에 의해 광축 틸트(tilt) 및 쉬프트(shift)가 발생될 수 있어 오차들의 누적으로 인해 이미지 품질이 저하된다. 또한, 부품간의 조립공차 등에 의해 각 부품 조립 후 별도의 초점 조정 공정이 반드시 필요하게 되는 단점이 있다.

실시 예는 배럴과 코일을 포함하는 보빈을 일체화함으로써 광축 틸트(tilt)를 최소화하고, 각 부품 조립 후 수동으로의 별도 초점 조정 공정이 필요없는 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 배럴; 상기 배럴과 연결되어 상기 렌즈의 위치를 조정하는 엑추에이터; 상기 렌즈를 투과한 광을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서가 배치되는 회로기판; 상기 렌즈의 초기 위치 정보가 저장된 메모리; 및 상기 엑추에이터에 출력 신호를 인가하는 드라이버를 포함하고, 상기 엑추에이터는 카메라 모듈 구동시 상기 초기 위치 정보를 이용하여 상기 렌즈를 이동시키고 초점을 조정한다.
상기 드라이버는 상기 메모리, 및 입력된 코드값과 매칭되는 전류값 정보가 저장된 레지스터를 포함할 수 있다.
상기 초기 위치 정보는 기준 거리 위치값의 갭(gap) 또는 포커싱이 맞는 지점으로의 렌즈 위치값에 대한 정보를 포함하고, 상기 기준 거리 위치값은 카메라 모듈의 렌즈 초점 거리가 맞는 피사체의 위치값일 수 있다.
상기 기준 거리 위치값의 갭이나 상기 렌즈 위치값에 대한 정보는 기준 거리 위치값의 캘리브레이션을 통해 얻어질 수 있다.
상기 엑추에이터는 자속을 형성하는 자석, 상기 자석과 이격되어 위치하며 상기 배럴에 부착되는 코일, 및 상기 자석과 코일을 부착시키기 위한 요크를 포함할 수 있다.
상기 드라이버는 상기 코일에 연결되어 상기 코일에 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 코일이 부착된 배럴을 이동시킬 수 있다.
상기 요크는, 상기 코일이 감긴 내측요크와, 상기 자석이 부착된 외측요크, 및 상기 내측요크와 외측요크를 연결하는 요크지지대를 포함할 수 있다.
상기 배럴은 복수 개의 렌즈를 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 사이에 배치되어 광을 차단하는 블로킹 부재 및 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 렌즈와 이미지 센서 사이에 배치되는 적외선 필터를 포함할 수 있다.
상기 배럴, 엑추에이터, 및 이미지 센서를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다.
상기 하우징에 상기 배럴을 고정하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 배럴을 상기 하우징의 내측벽에 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈 제조 방법은, 카메라 모듈의 렌즈를 기준 위치에 배치한 후 초점이 맞는지 측정하는 단계; 상기 기준 위치에서 상기 렌즈의 위치를 조절하여 초점이 맞는 지점으로 상기 렌즈의 위치를 조정하는 단계; 상기 초점이 맞는 렌즈의 위치와 상기 기준 위치의 차이값을 상기 카메라 모듈의 메모리에 저장하는 단계를 포함하고, 상기 기준 위치는 카메라 모듈의 초점 측정을 위해 미리 정해진 렌즈의 위치이다.

삭제

본 실시 예에 따르면, 배럴과 보빈을 일체화함으로써 다수의 부품간의 조립공차 등에 의해 발생하는 광축 틸트(tilt)에 의한 화상 불량을 최소화할 수 있다. 부품간의 조립 공정이 단축되어 카메라 모듈 제작시 수동적인 초점 조정 공정을 제거하여 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 자동 초점(auto focus) 조절기능을 가진 카메라 모듈의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시 예에 따른 자동 초점 조절기능을 가진 카메라 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 실시 예에 따른 VCM 엑추에이터의 드라이버를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 자동 초점 조절기능을 가진 카메라 모듈의 제조공정의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 기준 거리 위치값의 캘리브레이션 방법을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 자동 초점(auto focus) 조절기능을 가진 카메라 모듈의 일 예를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 자동 초점(auto focus) 조절기능을 가진 카메라 모듈(100)은 렌즈부(110), 배럴(120), 보빈(130), 자석(140), 적외선 필터(150), 이미지 센서(160), 인쇄회로기판(170), 홀더(180) 및 모터 베이스(190)를 포함한다.

렌즈부(110)는 다수의 렌즈(111)와 다수의 렌즈(111)들 사이에서 빛을 차단하기 위한 차단부재(113) 및 다수의 렌즈(111) 간 간격 유지를 위한 스페이서(115)를 포함한다.

배럴(120)은 렌즈부(110)가 삽입되어 렌즈부(110)를 보호하는 기능을 수행하며, 하부 외측에 나사산(123)이 형성되어 있다. 보빈(130)은 배럴(120)에 형성된 나사산(123)과 대응하는 나사산(133)이 내측에 형성되어 있어 나사산(133)을 통해 배럴(120)과 결합되며 둘레를 따라서 코일(135)이 감겨진다. 자석(140)은 보빈(130)의 코일(135)에서 이격되어 위치한다. 보빈(130)의 코일(135)에 특정한 방향으로 전류를 가하면 자석(140)의 자기장에 전자기력이 발생되어 보빈(130) 및 보빈(130)에 결합된 배럴(120)이 위방향 또는 아래방향으로 직선이동하는 힘이 발생된다. 전류의 세기를 조절하여 배럴(120)의 위치를 조절함으로써 다수의 렌즈(111)의 초점을 조절한다.

여기서, 배럴(120)과 배럴(120)의 위치를 조절하는 보빈(130)을 조립하는 과정에서 나사체결방식을 이용하므로, 별도의 초점 조정 공정이 요구된다.

적외선 필터(150)는 렌즈부(110)의 하부에서 이하 설명되는 인쇄회로기판(170)에 바닥면이 접착제를 통해 부착되어 지지되는 홀더(180)에서 연장된 지지부(183)내에 위치하여 렌즈부(110)에서 수광된 광이미지에서 적외선 영역의 광을 여과하여 이미지 센서(160)로 조사한다. 이러한 홀더(180)의 위로 모터 베이스(190)의 바닥면이 부착되며 모터 베이스(190)는 보빈(130)이 아래방향으로 직선이동했을 경우 그 상부 표면에 보빈(130)의 바닥면이 접촉될 수 있으며, 보빈(130)이 위방향 또는 아래방향으로 직선이동함에 따른 지지대 역할을 한다.

이미지 센서(160)는 적외선 필터(150)의 하부에 이격되어 위치하여 적외선 영역의 광이 여과된 광이미지를 전기적 신호로 변환한다. 여기서, 이미지 센서(160), 렌즈부(110)는 이미지 센서(160)와 광축 정렬된다. 인쇄회로기판(170)은 소정의 전기적인 패턴과 다수의 전극(미도시)이 구비되어 있으며, 이미지 센서(160)의 후면에 에폭시(epoxy) 등의 접착제에 의해 부착되고 이미지 센서(160)와 본딩 와이어(163)에 의해 전기적으로 연결된다.

도 2는 본 실시 예에 따른 자동 초점 조절기능을 가진 카메라 모듈의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 자동 초점 조절기능을 가진 카메라 모듈(200)은 렌즈부(210), 배럴(220), VCM 엑추에이터(230), 하우징(240), 자석지지블럭(250), 적외선 필터(260), 이미지 센서(270), 인쇄회로기판(280) 및 본딩 와이어(290)를 포함한다.

렌즈부(210)는 다수의 렌즈를 포함하며, 다수의 렌즈들 사이에 빛을 차단하는 차단부재 및 스페이서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배럴(220)은 렌즈부(210)가 삽입되어 렌즈부(210)를 보호하는 기능을 수행하고, 이러한 배럴(220)의 외측면에는 내측요크(231)에 감긴 코일(237)이 부착된다. 배럴(220)은 도시된 바외에도 다양한 형태로 외측면에 코일(237)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배럴(220)의 둘레를 따라 코일(237)이 감겨질 수도 있다. 이러한 배럴(220)에는 VCM 엑추에이터(230)가 부착되며, VCM 엑추에이터(230)는 요크(231,233,235), 코일(237), 자석(239) 및 VCM 엑추에이터를 구동시키기 위한 VCM 엑추에이터 드라이버를 포함한다.

자석(239)은 외측요크(233)에 부착되고 자석지지블럭(250)에 지지되어 설치되며 배럴(220)에 부착된 코일(237)과 이격되어 위치한다. 자석(239) 및 코일(237)이 설치되는 요크는 내측요크(231), 외측요크(233) 및 요크지지대(235)를 포함한다. 이러한 요크는 하우징(240)에 삽입되며, 하우징(240) 상부의 가로방향으로 신장된 부분의 내측에는 스프링(245)이 부착된다. 스프링(245)은 배럴(220)이 상하방향으로 직선이동함에 따른 탄성력을 제공한다.

자석(239)에서 코일(237)을 향해 자속이 형성되고, 예를 들어 코일(237)에 지면에 들어가는 방향으로 전류가 흐르면, 플레밍의 왼손법칙에 따라 상기 코일(237)에 상측방향으로 힘이 작용한다. 따라서, 코일(237)과 일체인 배럴(220)과 배럴(220)에 삽입된 렌즈부(210)가 상하로 움직이게 된다. 이러한 코일(237)에는 VCM 엑추에이터를 구동시키기 위한 VCM 엑추에이터 드라이버가 연결되어, VCM 엑추에이터 드라이버를 통해 코일(237)에 흐르는 전류가 제어된다. 본 실시 예에 따른 VCM 엑추에이터 드라이버는 도 3을 통해서 이하에서 설명한다.

적외선 필터(260)는 렌즈부(210)의 하부에서 배럴(220)에 삽입되어 위치하여 렌즈부(210)에서 수광된 광이미지에서 적외선 영역의 광을 여과하여 이미지 센서(270)로 조사한다. 이미지 센서(270)는 적외선 필터(260)의 하부에 이격되어 위치하여 적외선 영역의 광이 여과된 광이미지를 전기적 신호로 변환한다. 인쇄회로기판(280)은 소정의 전기적인 패턴과 다수의 전극(미도시)이 구비되어 있으며, 이미지 센서(270)의 후면에 에폭시(epoxy) 등의 접착제에 의해 부착되고 이미지 센서(270)와 본딩 와이어(290)에 의해 전기적으로 연결된다.

도 3은 본 실시 예에 따른 VCM 엑추에이터의 드라이버를 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, VCM 엑추에이터의 드라이버는 POR부(310), I2C부(320), DAC(330), 레지스터(340), 메모리(350) 및 AMP(Amplifier)(360)를 포함한다.

POR(power on reset)부(310)는 초기 전원 인가시 안정된 전압이 공급될 때까지 일정 기간 지연(delay)후 장치를 구동한다. I2C부(320)는 렌즈부(210)를 이동시켜 AF하는 AF 커맨드 알고리즘의 신호를 입력받는다. DAC(330)는 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호를 출력하며 본 실시 예에서는 전류를 아날로그 신호로 출력한다. 레지스터(340)는 I2C부(320)에서 출력된 디지털 신호를 DAC(330)에 입력시키며, 전류값을 비트값으로 나타낸 코드값과 매칭시킨 전류 테이블을 포함한다.

메모리(350)는 각 코드값에 따라 VCM 엑추에이터의 상향 위치값과 하향 위치값를 나타낸 테이블인 히스테리시스 테이블을 저장하고, 본 실시 예에 의한 카메라 모듈 제조시 포커싱이 맞는 지점으로 렌즈 위치를 조정하면서 카메라 모듈의 공차로 인한 기준 거리 위치값의 갭(gap)이나 포커싱이 맞는 지점으로의 렌즈 위치값을 저장한다. 따라서, DAC(330)는 이러한 초기 렌즈 위치값을 기준으로 한 전류값을 출력한다.

AMP(360)는 DAC(330)의 출력값의 게인-부팅(gain-booting)하는 버퍼기능을 한다.

도 4는 본 실시 예에 따른 자동 초점 조절기능을 가진 카메라 모듈의 제조공정의 일 예를 나타내는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 인쇄회로기판 위에 이미지 센서를 부착한다(S410). 그런 다음, 인쇄회로기판 위에 하우징, VCM 엑추에이터 및 렌즈부를 삽입한 배럴을 조립한다(S420). 조립된 카메라 모듈로 기준 거리 위치값을 캘리브레이션(calibration)한다(S430).

도 5는 본 실시 예에 따른 기준 거리 위치값의 캘리브레이션 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 조립된 카메라 모듈을 기준 거리 위치값에 세팅한다(S431). 여기서, 기준 거리 위치값은 카메라 모듈에 따라 렌즈 초점 거리가 맞는 피사체의 위치를 말한다. 그런 다음, 기준 거리 위치값에서 해상력차트로 VCM 엑추에이터를 이용하여 포커싱이 맞는 지점으로 렌즈 위치를 조정한다(S432). 구체적으로는, 기준 거리 위치값에서 해상력차트에 대한 해상력 스펙을 검출하여 표준 해상력에 해당하게끔 렌즈 위치를 상향시키거나 하향시켜 포커싱이 맞는 지점으로 렌즈 위치를 조정한다. 그런 다음, 포커싱이 맞는 지점으로 렌즈 위치를 조정하면서 카메라 모듈의 공차로 인한 기준 거리 위치값의 갭(gap)이나 포커싱이 맞는 지점으로의 렌즈 위치값을 메모리에 저장한다(S433).

이러한 본 실시 예에 따른 기준 거리 위치값의 캘리브레이션은 조립된 카메라 모듈에 외부로부터 상기 S431 내지 S433를 수행하는 기준 거리 위치값 캘리브레이션 모듈을 연결하여 수행할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 카메라 모듈이 정상 동작된다면(S450) 처음으로 카메라 모듈을 이용할 시 메모리에 저장된 공차로 인한 기준 거리 위치값의 갭(gap)이나 포커싱이 맞는 지점으로의 렌즈 위치값을 읽어서 기준 거리 위치값의 갭(gap)이나 상기 렌즈 위치값을 이용하여 렌즈의 초기 위치를 조정한다(S460).

본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터,데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시 예들을 포함한다고 할 것이다.

200: 카메라 모듈 210: 렌즈부
220: 배럴 230: VCM 엑추에이터
231: 내측요크 233: 외측요크
235: 요크지지대 237: 코일
239: 자석 240: 하우징
245: 스프링 250: 자석지지블럭
260: 적외선 필터 270: 이미지 센서
280: 인쇄회로기판 290: 본딩 와이어

Claims (14)

1. 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 배럴;
   상기 배럴과 연결되어 상기 렌즈의 위치를 조정하는 엑추에이터;
   상기 렌즈를 투과한 광을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;
   상기 이미지 센서가 배치되는 회로기판;
   상기 렌즈의 위치 보정값이 저장된 메모리; 및
   상기 엑추에이터에 출력 신호를 인가하는 드라이버를 포함하고,
   상기 엑추에이터는 카메라 모듈 구동시 상기 위치 보정값을 이용하여 상기 렌즈를 정해진 위치로 이동시킨 후, 초점 조절 기능을 수행하는 카메라 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 드라이버는 입력된 코드값과 매칭되는 전류값 정보가 저장된 레지스터를 포함하는 카메라 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 위치 보정값은 기준 거리 위치값의 갭(gap) 또는 포커싱이 맞는 지점으로의 렌즈 위치값에 대한 정보를 포함하고,
   상기 기준 거리 위치값은 카메라 모듈의 렌즈 초점 거리가 맞는 피사체의 위치값인 카메라 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 기준 거리 위치값의 갭이나 상기 렌즈 위치값에 대한 정보는 기준 거리 위치값의 캘리브레이션을 통해 얻어진 카메라 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 엑추에이터는
   자석,
   상기 자석과 이격되어 위치하는 코일을 포함하는 카메라 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 드라이버는 상기 코일에 연결되어 상기 코일에 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 배럴을 이동시키는 카메라 모듈.
7. 제5항에 있어서,
   요크를 더 포함하고,
   상기 요크는 상기 코일이 감긴 내측요크와, 상기 자석이 부착된 외측요크, 및 상기 내측요크와 외측요크를 연결하는 요크지지대를 포함하는 카메라 모듈.
8. 제1항에 있어서,
   상기 배럴은 복수 개의 렌즈를 포함하고,
   상기 복수 개의 렌즈 사이에 배치되어 광을 차단하는 블로킹 부재 및 스페이서를 포함하는 카메라 모듈.
9. 제1항에 있어서,
   상기 렌즈와 이미지 센서 사이에 배치되는 적외선 필터를 포함하는 카메라 모듈.
10. 제1항에 있어서,
    상기 배럴, 엑추에이터, 및 이미지 센서를 수용하는 하우징을 포함하는 카메라 모듈.
11. 제10항에 있어서,
    상기 하우징에 상기 배럴을 연결하는 탄성부재를 포함하는 카메라 모듈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 배럴을 상기 하우징의 내측벽에 연결하는 카메라 모듈.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 단말기.
    
14. 카메라 모듈의 렌즈를 기준 위치에 배치한 후 초점이 맞는지 측정하는 단계;
    상기 기준 위치에서 상기 렌즈의 위치를 조절하여 초점이 맞는 지점으로 상기 렌즈의 위치를 조정하는 단계;
    상기 초점이 맞는 렌즈의 위치와 상기 기준 위치의 차이값을 상기 카메라 모듈의 메모리에 저장하는 단계를 포함하고,
    상기 기준 위치는 카메라 모듈의 초점 측정을 위해 미리 정해진 렌즈의 위치인 카메라 모듈 제조 방법.
    

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